Teknik Transmisi Seluler DTG3G3 · menghasilkan perubahan sinyal dalam hal energi, fasa, serta...
-
Upload
doannguyet -
Category
Documents
-
view
235 -
download
0
Transcript of Teknik Transmisi Seluler DTG3G3 · menghasilkan perubahan sinyal dalam hal energi, fasa, serta...
KLASIFIKASI DAN PARAMETER SINYAL
PADA SELULER
Teknik Transmisi Seluler
(DTG3G3) Yuyun Siti Rohmah, ST.,MT
Dadan Nur Ramadan,S.Pd,MT
Tri Nopiani Damayanti,ST.,MT
Suci Aulia,ST.,MT
Wireless Propagation Radio
• Free Space Loss
Diasumsikan terdapat satu sinyal langsung (line of sight path) sangat mudah memprediksi dengan
free space formula
• Reflection
Terdapat sinyal tak langsung datang ke receiver setelah mengalami pantulan terhadap objek. Mungkin
terdapat banyak pantulan yang berkontribusi terhadap besarnya delay.
• Diffraction
Propagasi melewati objek yang cukup besar seolah-olah menghasilkan sumber sekunder, seperti
puncak bukit dsb.
• Scattering
ropagasi melewati object yang kecil dan/atau kasar yang menyebabkan banyak pantulan untuk arah-
arah yang berbeda.
Mekanisme Model Propagasi
The Multipath Environment
• Sinyal yang diterima oleh user merupakan penggabungan dari beberapa model
propagasi (multipath), sehingga sinyal yang dibangkitkan merupakan penjumlahan
dari sinyal yang mengalami redaman, pergeseran phasa dan time delayed dari sinyal
yang ditransmisikan.
• Karena sinyal yang diterima berasal dari kanal multipath, maka terjadi fluktuasi daya
pada sinyal terima atau disebut dengan FADING
Definisi Fading • FADING : Fenomena fluktuasi daya sinyal terima akibat adanya proses propagasi dari gelombang radio • Fading terjadi karena interferensi atau superposisi gelombang mutipath yang memiliki amplitudo dan fasa yang
berbeda-beda.
• Pengaruh Fading terhadap level sinyal terima adalah dapat meguatkan ataupun melemahkan tergantung phasa dari sinyal resultan masing-masing path.
Jenis Fading
FADING
Large Scale Fading
Terdistribusi Log normal
Small Scale Fading
Terdistribusi Reyleigh/rician
11/17/2015
B. Large Scale Fading / Shadowing
Kuat sinyal (dB)
Jarak
Large Scale Fading disebabkan
karena akibat keberadaan obyek-
obyek pemantul serta penghalang
pada kanal propagasi serta
pengaruh kontur bumi,
menghasilkan perubahan sinyal
dalam hal energi, fasa, serta delay
waktu yang bersifat random.
Definisi : local mean ( time averaged ) dari variasi sinyal
Sesuai namanya, large scale fading memberikan representasi rata-rata daya sinyal terima dalam suatu daerah yang luas.
Statistik dari large scale fading memberikan cara perhitungan untuk estimasi pathloss sebagai fungsi jarak.
11/17/2015
2m
2
2
)mm(
m
e2
1)m(p
Dengan, m = normal random variabel kuat sinyal (dBm)
= rata-rata (mean) kuat sinyal (dBm)
m = standar deviasi
m
Probability Distribution Function (PDF) dari suatu variabel random yang terdistribusi lognormal dinyatakan sbb :
B. Large Scale Fading / Shadowing
11/17/2015
Pada gambar di samping, diberikan pemetaan
kuat sinyal berdasarkan hasil pengukuran di
suatu kota besar. Sehingga tampak bahwa
kerapatan bangunan mempengaruhi kuat sinyal.
Dari gambar di samping , tampak bahwa kuat
sinyal di berbagai bagian kota berbeda-beda. Hal
tersebut disebabkan karena superposisi
gelombang di berbagai tempat tadi bisa saling
menjumlah maupun saling mengurangi.
Pada gambar di samping, warna yang berbeda menunjukkan distribusi large scale fading
pada masing-masing lokasi yang terkait dengan kontur bumi dan kerapatan bangunan. Jika
MS bergerak, maka penerimaan akan bervariasi dengan cepat dan sangat terpengaruh
dengan pergerakan MS tersebut, yang distribusi variasi-nya merupakan karakteristik dari
small scale fading.
B. Large Scale Fading / Shadowing
11/17/2015
Metoda Pengukuran dgn Regresi
• Pilih beberapa lokasi
berjarak d1 dan lakukan
pengukuran path loss
• Ulangi unttuk d2 and d3 , dst
• Plot nilai mean pathloss
sebagai fungsi jarak
• See next page
Cell site (Tx)
d1 d2
d3
B. Large Scale Fading / Shadowing
11/17/2015
Pengukuran Pathloss
• Range jarak pengukuran optimal umumnya pada sekitar 2 karena jika jaraknya terlalu
dekat mungkin tidak memberikan harga rata-rata (mean value), sedangkan jika range
jarak pengukuran terlalu jauh mungkin akan keluar dari nilai large scale realnya ( nilai
mungkin sudah berubah)
• Jumlah sample pengukuran adalah > 36 sample untuk mendapatkan interval tingkat
keyakinan 90%
2 wavelength
• Hasil pengukuran sinyal dapat dilihat sebagai berikut :
B. Large Scale Fading / Shadowing
11/17/2015
Mendapatkan Mean dan Standar Deviasi
• Pengukuran biasa dilakukan untuk
beberapa tipe daerah: Urban, suburban,
dan open area
• Catat bahwa pengukuran pada radius
konstan dari BTS dapat menghasilkan
pathloss yang berbeda
• Dengan regresi linear kita bisa
mendapatkan trend mean pathloss dan
standar deviasi disekitar nilai rata-rata
• Contoh untuk urban : path loss
Slope = 33.2 dB/decade and
Std dev. = 7 dB
B. Large Scale Fading / Shadowing
Distance d [km]
Pa
th lo
ss
[dB
] urban
suburban
open
x
x x
x x
x x x
x x
x x
x x
x x
o o
o
o o o
o o
o o
o o
o o
o
o o
# #
# #
# #
#
3 4 6
79
85
75
11/17/2015
Aplikasi dalam prediksi cakupan
• Contoh misalkan untuk jarak d2 = 4 km
(lihat halaman sebelumnya untuk daerah
urban)
• Misal path loss pada 4 km adalah 79 dB.
• Pathloss ini didesain untuk suatu nilai
rata-rata dengan tingkat keyakinan 50 %
• Dengan STDev untuk urban adalah 7 dB,
Maka, untuk mendapatkan tingkat
keyakinan (confidence level) 84 %
(1) membutuhkan margin 7 dB , dan
untuk tingkat keyakinan 97.7 % (2)
membutuhkan margin 14 dB
Cell site (Tx)
d1 d2 d3
Akan dijelaskan lebih lanjut
bagian prediksi cakupan !!
B. Large Scale Fading / Shadowing
11/17/2015
Contoh :
Hasil pengukuran
pathloss pada kota-kota
di Jerman.
Dari data disamping
didapatkan : mean
pathloss eksponen = 2,7
dan = 11,8
B. Large Scale Fading / Shadowing
Small Scale Fading • Small scale fading atau sering disebut juga sebagai multipath fading,
dihasilkan oleh dua macam mekanisme, yaitu :
a) Time Spreading Sinyal sebagai akibat dari multipath dan
b) Time varying channel disebabkan oleh pergerakan
• Faktor fisik yang mempengaruhi small scale fading adalah :
Adanya objek pemantul
dan scatterer akan
menyebabkan hilangnya
energi sinyal pada
amplituda, fasa, dan waktu.
Ini akan menyebabkan Rx
menerima banyak versi dari
sinyal yang dikirimkan.
Propagasi
Multipath
Kecepatan
Pengguna
Pergerakan relatif antara base
station dan pengguna akan
menghasilkan frekuensi
modulasi yang acak karena
perbedaan Doppler shift pada
tiap komponen multipath.
Doppler Shift akan bernilai (+)
atau (-) tergantung apakah
pengguna bergerak mendekat
atau menjauh dari base
station.
Kecepatan Objek
di Sekitarnya
Jika objek pada kanal radio
bergerak , maka akan
terjadi perubahan Doppler
Shift terhadap waktu pada
setiap sinyal multipath.
Efek pergerakan tersebut
akan menjadi dominan
ketika objek bergerak lebih
cepat dibandingkan
pengguna dan sebaliknya.
Propagasi
Multipath
Jika Bw sinyal yang
ditransmisikan > Bw
kanal multipath
Maka sinyal yang
diterima akan terdistorsi
tetapi kekuatan sinyal
tidak akan berkurang
banyak.
Small Scale Fading( Delay Spread)
• Time spreading sinyal menyebabkan sinyal datang dengan delay yang berbeda-beda atau disebut
dengan delay spread.
• Delay spread biasanya digambarkan dengan delay profile, dimana sinyal utama dan sinyal delay
digambarkan dengan beberapa sinyal pulsa dengan delay dan daya yang berbeda-beda.
• Efek yang ditimbulkan Delay spread adalah Flat Fading dan Frequency Selective Fading
Small Scale Fading( Delay Spread)
• Flat Fading: the channel has a constant response for bandwidth
greater than the transmitted signal bandwidth
• Frequency Selective Fading
TS
CS
T
BB
S(f)
R(f)
TS
CS
T
BB
S(f)
R(f)
C(f)
C(f)
Rule of thumb: frequency selective if
ST T1.0 Needs channel equalization
Small Scale Fading(Doppler Spread)
• Doppler Spread adalah ukuran perluasan spektral (Spektral Broadening) karena adanya
perubahan kanal terhadap waktu akibat dari pergeseran frekuensi karena adanya pergerakan
pengguna / objek disekitarnya. Pergeseran frekuensi dapat dihitung dengan persamaan sebagai
berikut :
Dimana, 𝑓 = frekuensi carrier
𝑣 = 𝑘𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑔𝑢𝑛𝑎
θ = sudut kedatangan sinyal relatif terhadap
arah kecepatan pengguna.
• Nilai maksimum perluasan spektral adalah
dua kali besar pergeseran frekuensi maksimum (𝑓𝑚)
• Efek yang ditimbulkan Doppler Spread adalah :
Fast Fading dan Slow Fading
• Fast fading – Respon impuls kanal berubah dengan cepat dalam satu durasi simbol.
Hal ini diakibatkan karena :
1) coherence time < periode simbol sinyal yang ditransmisikan, atau
2) Bw Doppler Spread > Bw Sinyal.
Jenis fading ini mengakibatkan berkurangnya daya sinyal, distorsi sinyal dan masalah
sinkronisasi dapat diatasi dengan error control dan interleaving.
• Slow fading – Kecepatan perubahan respon impuls kanal lebih lambat daripada
durasi simbol yang ditransmisikan. Hal ini diakibatkan karena :
1) coherence time > periode simbol sinyal yang ditransmisikan, atau
2) Bw Doppler Spread < Bw Sinyal.
Jenis fading ini mengakibatkan berkurangnya daya sinyal dapat diatasi dengan
teknik diversitas, error control dan power control.
Small scale fading: classification
CS
DS
TT
BB
CS
DS
TT
BB
Tipe Small Scale Fading
Small Scale Fading(model statistik)
Pada lingkungan NLOS, distribusi Rayleigh sering
digunakan untuk menggambarkan statistik variasi sinyal
pada kanal flat fading atau pada masing-masing path pada
lingkungan multipath. Kecepatan variasi sinyal bergantung
pada doppler spread.
Ketika ada satu sinyal dominan (LOS), maka distribusi
variasi sinyal dapat terdistribusi Rician.
Fading Rayleigh Fading Rician
Pada komunikasi seluler dengan kanal multipath, model statistik yang
sering digunakan adalah ;
11/17/2015
DISTRIBUSI RAYLEIGH memiliki probability density function (pdf), sbb:
0r0
r02
rexp
r
rp 2
2
2
Probability Density p(r)
Amplitude (r)
Threshold
Dimana,
= nilai rms dari sinyal terima, sebelum deteksi envelope
2 menyatakan daya rata-rata waktu, sebelum deteksi envelope
Kemudian, probabilitas envelope sinyal tidak melebihi suatu nilai R yang
ditentukan, dapat diturunkan sbb:
R
0
2
2
r2
Rexp1drrpRrP)R(P Ini adalah CDF
(Cumulative Distribution Function) !
Small Scale Fading(model statistik)
11/17/2015
Nilai mean rmean dari distribusi Rayleigh diberikan oleh :
σ1.2533
0
mean2
drrprrEr
Sedangkan variansi dari distribusi Rayleigh, r2 , menyatakan daya ac envelope
sinyal ,
2σ0.4292
22
2
2
0
22222
drrprrErEr
Nilai median dapat diselesaikan,
σ1.177 medianr
0
medianrdrrp2
1
Small Scale Fading(model statistik)
11/17/2015
Bagaimana DISTRIBUSI RICIAN ?
TX RX
line of sight
reflections
N
1k
k0k0r tf2cosatf2cosCte
Model persamaan sinyal :
Distribusi Rician terjadi kalau ada komponen sinyal yang dominan Pada model di atas, komponen sinyal yang dominan adalah komponen sinyal LOS (line of sight)
Dimana, C = amplitudo komponen sinyal LOS ak , k = amplitudo dan fasa sinyal multipath ke-k
Small Scale Fading(model statistik)
11/17/2015
Distribusi RICIAN diberikan oleh persamaan berikut:
0r0
r,0ACr
I.2
Crexp
r
rp 202
22
2
I0(•) adalah fungsi Bessel termodifikasi bentuk pertama orde nol
Distribusi Rician sering dideskripsikan dalam Parameter K ( K factor ), dimana:
2
2
2
CK
atau , dalam dB
2
2
2
Clog10dBK
Small Scale Fading(model statistik)
11/17/2015
• K = 4 ... 1000 (6 to 30 dB) Untuk
sistem micro-cellular
• K tak berhingga (K), artinya :
Komponen LOS dominan
sangat kuat dibanding komponen
lainnya
PDF Rician berbentuk
menuju PDF Gaussian dengan
kecil
• Severe Fading (K = 0): Fading terjadi
dengan hebat dan sangat galak
Itulah Rayleigh Fading
NILAI-NILAI K
Small Scale Fading(model statistik)
11/17/2015
Small Scale Fading – Parameter kanal multipath – parameter dispersi waktu
11/17/2015
Referensi-Referensi
[1] Bogi W, Nachwan MA, “Lecture Notes : Transmisi Komunikasi Bergerak”, Edisi Pertama, Mobilecomm.Labs-STTTelkom, 1998
[2] Nachwan MA, “Lecture Notes : Transmisi Komunikasi Bergerak”, Edisi Kedua, Mobilecomm.Labs-STTTelkom, 2001-2002
[3] Rappaport, Theodore ,”Wireless Communication”,
[4] Parsons, David, “The Mobile Radio Propagation Channel”, Pentech Press Publishers-London, 1992
[5] Kurniawan, Adit,”Material Kuliah Pasca-Sarjana Sistem Komunikasi Seluler “, ITB , 2003
[6] Lee, William CY,” Mobile Communication Engineering”, McGraw-Hill, 1982
[7] Linnartz, Jean-Paul MG,” Wireless Communication CD” see on his web
THANK YOU FOR YOUR TIME